毫米級GPS-3D激光數字控制系統在瀝青面層中的應用研究

徐志勇 周強 陳剛 王思堯 李光明

摘 要：結合工程實例，圍繞毫米級GPS-3D攤鋪系統展開研討，分析闡述毫米級GPS-3D激光數字控制系統在瀝青路面工程中的應用及其工作原理，研究傳統2D攤鋪工藝與mmGPS-3D激光數字控制攤鋪工藝對瀝青面層施工質量（主要對厚度均勻性和平整度提升作用）的影響，明確3D攤鋪的優勢，旨在為后續云南高等級公路瀝青路面面層的施工提供參考，以提高毫米級GPS-3D激光數字控制系統的應用水平。

關鍵詞：毫米級GPS-3D激光數字控制系統;瀝青路面;平整度

0 引言

我國經濟的快速發展對交通基礎設施建設水平提出了更高的要求，在現代公路工程建設領域，在高速公路的建設中瀝青路面為主流的路面形式[1]。雖然傳統的2D施工技術目前已經非常的成熟，但是它局限性很強，容易受到掛線鋼絲繩架設精度等方面的影響，導致資源投入與產出存在失衡的局面，然而這恰恰是3D數字化施工的著力點[2]。

本研究擬引進國外最先進的mmGPS-3D激光數字控制系統，對傳統瀝青面層施工設備及工藝進行改進，解決現有路面工程中存在的施工平整度不理想、均勻性差、施工效率低、人工成本高等一系列難題[3]。

1 3D數字化攤鋪技術概述

mmGPS-3D攤鋪控制系統由GNSS基準站、域激光發射器、mmGPS流動站和P63攤鋪機自動控制系統四部分組成。工作原理：系統工作時，GNSS基準站通過無線通訊實時向流動站接收機發送差分信號，同時域激光發射器實時向流動站發射高程信息;mmGPS流動站接收機系統分別將接收到的GNSS衛星信號、GNSS基站發送的差分信號和域激光發射器發射的高程信息，進行實時的處理解算，實現了實時的厘米級的GNSS平面定位精度和毫米級的高程控制精度。

在路面攤鋪作業中應用 mmGPS 3D 數字化攤鋪控制系統具有無需掛線攤鋪和自動化管理等優勢，而且能夠自行調節攤鋪姿態，減少了人為因素的干擾，提高路面的平整度，能夠很好地滿足路面攤鋪作業在位置和高程上的要求，保證路面的攤鋪質量[4]。

2 試驗方案

本試驗依托云南元江-蔓耗高速公路瀝青路面實體工程鋪筑情況，結合現場檢測結果，研究傳統攤鋪工藝與mmGPS-3D激光數字控制攤鋪工藝對瀝青面層施工質量（主要對厚度均勻性和平整度提升作用）的影響。試驗路段分別為K88+745～K89+151，K90+250～K90+972，元蔓高速路面結構總厚度為18 cm。

右幅為傳統掛線施工工藝，左幅為mmGPS-3D施工工藝，分析mmGPS-3D激光數字控制系統的試驗路段和常規路段的瀝青面層厚度均勻性和平整度差異。采用連續式平整度儀測試路面縱向相對高程的標準差，用以表征路面的平整度，采用3D攤鋪系統測量路面高程，用以表征瀝青面層厚度。

3 瀝青面層施工質量對比

3.1 不同攤鋪工藝施工質量對比

3.1.1 試驗段一平整度試驗結果分析

云南元蔓高路K88+745～K89+151路段瀝青面層平整度檢測數據如表3-1所示，以100 m為間隔對平整度進行檢測。其中右幅為傳統施工工藝，左幅為mmGPS-3D施工工藝。

由表3-1檢測數據可知：瀝青面層（右幅）采用連續式平整度儀測得的平整度的平均值為1.159 mm，樣本標準差為0.139;瀝青面層（左幅）采用連續式平整度儀測得的平整度的平均值為0.828 mm，樣本標準差為0.120，即采用mmGPS-3D攤鋪工藝后瀝青面層的平整度及平整度離散性均變小，路表面更加平整，行車更加舒適。因此，相比傳統瀝青路面攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工不僅能提高瀝青面層的平整度，還能減小面層平整度的離散性，有利于對瀝青路面整體施工質量的控制。

3.1.2 試驗段一厚度試驗結果分析

云南元蔓公路K88+745～K89+151路段瀝青面層總厚度（上面層厚度+中面層厚度+下面層厚度）檢測數據如下圖3-1所示，以10 m為間隔檢測瀝青路面總厚度。在厚度檢測數據處理及分析過程中，對瀝青面層總厚度偏差較大數據予以剔除，不進行計算。

從圖3-1和圖3-2試驗數據可知：傳統攤鋪工藝下，K88+745～K89+151右幅瀝青路面超車道平均厚度為18.81 cm，厚度均方差為47.2%，與設計厚度偏差為4.5%;行車道平均厚度為18.71 cm，厚度均方差為43.4%，與設計厚度偏差為4.0%，表明在傳統攤鋪工藝下，K88+745～K89+151右幅瀝青路面現場施工總厚度超過設計總厚度18 cm，增加了施工成本，且厚度離散性較大。而在mmGPS-3D攤鋪工藝下，K88+745～K89+151左幅瀝青路面超車道平均厚度為17.93 cm，厚度均方差為29.8%，與設計厚度偏差為-0.39%;行車道平均厚度為18.25 cm，厚度均方差為36.1%，與設計厚度偏差為1.4%，與設計厚度較為接近，且厚度均勻性較好。因此，相比傳統攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝能有效控制瀝青路面的合理攤鋪厚度，節約工程造價。

3.1.3 試驗段一平整度試驗結果分析

云南元蔓高速K90+250～K90+972路段瀝青面層和水穩基層平整度檢測數據如下表3-2所示，以100 m為間隔檢測平整度。

由表3-2檢測數據結果可知：瀝青面層（右幅）采用連續式平整度儀測得的平整度的平均值為1.001 mm，樣本標準差為0.121;瀝青面層（左幅）采用連續式平整度儀測得的平整度的平均值為0.856 mm，樣本標準差為0.131，采用mmGPS-3D攤鋪工藝的路段平整度明顯優于傳統攤鋪工藝。因此，K90+250～K90+972試路段所得結論與K88+745～K89+151試驗段基本一致：即采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工能提高瀝青面層的平整度，有利于瀝青路面的整體施工質量。

3.1.4 試驗段二厚度試驗結果分析

云南元蔓高速K90+250～K90+972路段瀝青面層總厚度（上面層+中面層+下面層厚度）檢測數據如圖3-4所示，以10 m為間隔對總厚度進行檢測。

從圖3-3和3-4試驗數據可知：在傳統攤鋪工藝下，K90+250～K90+972右幅瀝青路面超車道平均厚度為18.66 cm，厚度均方差為48.9%，與設計厚度偏差為3.7%;行車道平均厚度為17.56 cm，厚度均方差為56.0%，與設計厚度偏差為-2.4%。而在mmGPS-3D攤鋪工藝下，K90+250～K90+972左幅瀝青路面超車道平均厚度為17.65 cm，厚度均方差為38.4%，與設計厚度偏差為-1.9%;行車道平均厚度為18.13 cm，厚度均方差為33.9%，與設計厚度偏差為0.7%，施工厚度與設計厚度基本一致，且厚度均勻性優于傳統攤鋪工藝（mmGPS-3D攤鋪工藝下瀝青路面厚度均方差?。Ｒ虼?，相比傳統攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝更有利于對瀝青面層施工厚度的控制，減小與設計厚度的偏差，提高厚度均勻性。

4 結語

（1）相比傳統瀝青路面攤鋪工藝，采用mmGPS-3D攤鋪工藝施工不僅能提高瀝青面層的整體平整度，還能減小平整度的離散性，有利于瀝青路面的整體施工質量，進而延長路面使用壽命。

（2）在傳統攤鋪工藝下，實現瀝青面層施工總厚度的精準控制難度較大，易超厚增加施工成本，且厚度離散性較大，給施工質量和工程造價帶來隱患。在mmGPS-3D攤鋪工藝下，瀝青路面施工厚度與設計厚度較為接近，能減小與設計厚度的偏差，且厚度均勻性好，能有效控制瀝青路面的合理攤鋪厚度，減少筑路材料的用量，節約工程造價。

參考文獻：

[1]周志偉.3D技術在瀝青攤鋪施工中的應用[J].工程建設與設計，2020（22）：127-128.

[2]葉學龍.3D數字化攤鋪技術的應用[J].工程建設與設計，2021（3）：136-137+140.

[3]福格勒3D數字化攤鋪技術助力智能路面施工[J].建設機械技術與管理，2021，34（1）：31.

[4]白洋.拓普康：將3D數字化施工帶入更廣闊天地[J].建設機械技術與管理，2020，33（6）：76-78.